日本科学家开发出超高强度水凝胶

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日本北海道大学近日宣布，开发出了基于三嵌段共聚物(Triblock Copolymer)的超高强度水凝胶。这种凝胶虽然含有大量水分，但却拥有可与橡胶匹敌的强度以及魔芋块100倍的硬度，此外还可轻松修复切割面，有望应用于包括体内使用在内的医疗用途。

水凝胶是以网眼状连接在一起的聚合物包含大量水分的构造，生物亲和性较高，作为医用材料备受期待。但是，以前的水凝胶非常脆弱，实际用途只限于隐形眼镜等。目前世界各地都在开发含有大量水分却具有高强度的水凝胶，已开发出了拓扑凝胶、纳米复合凝胶、双网络凝胶、聚两性电解质凝胶等。

此次通过在三嵌段共聚物构成的水凝胶中添加第二成分——聚丙烯酰胺，成功制作出了含有大量水分却具有高强度的新型高强度双网络凝胶。据介绍，这种凝胶的强度比前面提到的4种高强度凝胶都要高。
三嵌段共聚物是由三种成分结合而成的带状分子，具有疏水性-亲水性-疏水性构造。将这种共聚物放入水中，两端的疏水性部位就会形成网眼构造，从而获得块状水凝胶。在这种凝胶的内部导入聚丙烯酰胺，三嵌段共聚物的亲水性部位与聚丙烯酰胺就会形成氢键，从而获得三嵌段共聚物/聚丙烯酰胺双网络凝胶。北海道大学通过控制这两种物理键，成功获得了高强度水凝胶。
这种水凝胶的拉伸断裂应力为10MPa，抗拉能量为2850kJ/m2，拉伸弹性率为14MPa，显示出了出色的物性。即便在凝胶上开一个孔，用其吊起一个重锤，开孔部位也不会被撕裂。而且，即便大幅变形，断裂应变率达到600%(原长度的7倍)，也可保持应力的线性响应。另外，为凝胶的断裂面涂布二甲基甲酰胺使其重新接触后，被破坏的键会自发性地重新形成，凝胶会再次粘在一起。
构成该凝胶的两种物理键在人体内等含有盐分的环境中也能稳定存在，因此在今后的研究中，可将使用的聚合物换成生物相容性成分，从而制造可在生物体内使用的高强度水凝胶。北海道大学打算根据血管、软骨、脏器等用途，制作出相应的各种形状的医用凝胶。

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